Никелевый сплав основного состава
Изобретение относится к области металлургии, а именно к никелевым сплавам, пригодный для изготовления из них электродов для элементов зажигания в двигателях внутреннего сгорания. Сплав содержит, мас.%: Al 1,2-<2,0, Si 1,2-<1,8, С 0,001-0,1, S 0,001-0,1, Cr 0,03-0,1%, Mn 0,03-0,1, Cu максимум 0,1, Fe 0,02-0,2, Mg 0,005-0,06, Pb максимум 0,005, Y 0,05-0,15 и Hf 0,05-0,10 или Y 0,05-0,15 и La 0,05-0,10 или Y 0,05-0,15, Hf 0,05-0,10 и La 0,05-0,10, Ni и технологически обусловленные примеси - остальное. Технический результат - увеличение срока службы изготовленных из заявленного сплава элементов в результате повышения стойкости к электроискровой коррозии и окислению при одновременно высокой деформируемости и свариваемости. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к никелевому сплаву основного состава, содержащему в качестве легирующих добавок кремний, алюминий и реакционноспособные элементы.
Уровень техники
В числе прочего никелевые сплавы основного состава служат для изготовления электродов для элементов зажигания в двигателях внутреннего сгорания. Износ таких электродов обусловлен двумя негативными явлениями: высокотемпературной коррозией и электроискровой эрозией.
Вызываемый высокотемпературной коррозией износ может быть выявлен измерением потери массы, а также металлографическими исследованиями после выдержки при заданной температуре испытания.
Электроискровая эрозия представляет собой выгорание материала, вызванное воспламеняющей искрой. При каждом пробое искрой от электродов выплавляется и частично испаряется ограниченный объем материала.
Для этих негативных явлений особое значение имеет тип образуемого оксидного слоя.
Для образования оптимального оксидного слоя в каждом конкретном случае применения известны разные легирующие добавки для никелевых сплавов основного состава. Так, например, алюминий оказывает положительное влияние на образование оксидного слоя. Также известно, что реакционноспособные элементы могут усилить сцепление образующегося оксидного слоя и таким образом повысить долговечность.
Из GB-A 203 1950 известен никелевый сплав, содержащий около 0,2-3 мас.% Si, около 0,5 мас.% или менее Mn и, по крайней мере, два металла, выбранных из группы, состоящей из около 0,2-3 мас.% Cr, около 0,2-3 мас.% Al и около 0,01-1 мас.% Y, остальное Ni.
В DE-A 10224891 предложен сплав на основе никеля, в котором содержатся 1,8-2,2 мас.% кремния, 0,05-0,1 мас.% иттрия и/или гафния и/или циркония, 2-2,4 мас.% алюминия, остальное никель. Из-за высокого содержания алюминия и кремния такие сплавы с трудом поддаются обработке и, следовательно, являются для промышленного применения малопригодными.
Раскрытие изобретения
Целью изобретения является создание никелевого сплава основного состава, благодаря которому возрастает срок службы изготовленных из него элементов конструкции в результате повышения стойкости к электроискровой эрозии и окислению при одновременной высокой деформируемости и свариваемости.
Указанная цель достигается с помощью никелевого сплава основного состава, содержащего (мас.%):
| Al | 1,2-<2,0% |
| Si | 1,2-<1,8% |
| С | 0,001-0,1% |
| S | 0,001-0,1% |
| Cr | 0,03-0,1% |
| Mn | 0,03-0,1% |
| Cu | максимум 0,1% |
| Fe | 0,02-0,2% |
| Mg | 0,005-0,06% |
| Pb | максимум 0,005% |
| Y | 0,05-0,15% и Hf 0,05-0,10% или |
| Y | 0,05-0,15% и La 0,05-0,10% или |
| Y | 0,05-0,15%, Hf 0,05-0,10% и La 0,05-0,10% |
| Ni и технологически обусловленные примеси | остальное. |
Следующие предпочтительные альтернативные варианты выполнения изобретения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения: Никелевый сплав основного состава (мас.%):
| Al | 1,2-<2,0% |
| Si | 1,2-<1,8% |
| С | 0,001-0,05% |
| S | 0,001-0,05% |
| Cr | 0,03-0,1% |
| Mn | 0,03-0,1% |
| Cu | максимум 0,1% |
| Fe | 0,02-0,2% |
| Mg | 0,005-0,06% |
| Pb | максимум 0,005% |
| Y | 0,10-0,15% и Hf 0,05-0,10% |
| Ni и технологически обусловленные примеси | остальное. |
Никелевый сплав основного состава (мас.%):
| Al | 1,2-<2,0% |
| Si | 1,2-<1,8% |
| С | 0,001-0,05% |
| S | 0,001-0,05% |
| Cr | 0,03-0,1% |
| Mn | 0,03-0,1% |
| Cu | максимум 0,1% |
| Fe | 0,02-0,2% |
| Mg | 0,005-0,06% |
| Pb | максимум 0,005% |
| Y | 0,10-0,15% и La 0,05-0,10% |
| Ni и технологически обусловленные примеси | остальное. |
Никелевый сплав основного состава (мас.%):
| Al | 1,2-<2,0% |
| Si | 1,2-<1,8% |
| С | 0,001-0,05% |
| S | 0,001-0,05% |
| Cr | 0,03-0,1% |
| Mn | 0,03-0,1% |
| Cu | максимум 0,1% |
| Fe | 0,02-0,2% |
| Mg | 0,005-0,06% |
| Pb | максимум 0,005% |
| Y | 0,10-0,15%, Hf 0,05-0,10% и La 0,05-0,10%. |
Следовательно, в отношении реакционноспособных элементов возможны три следующих варианта:
Y+Hf,
Y+La,
Y+Hf+La.
Никелевый сплав основного состава пригоден предпочтительно в качестве материала для электродов свечей зажигания для бензиновых двигателей.
Благодаря целевому подбору, с одной стороны, элементов Al, Si, Cr, Mn, Mg и, с другой стороны, реакционноспособных элементов Y, Hf, La для образования соответствующих комбинаций может быть достигнуто увеличение срока службы электродных материалов за счет повышения стойкости к электроискровой эрозии и окислению при одновременном обеспечении высокой деформируемости и свариваемости.
При этом особое значение придается магнию благодаря его способности связывать серу, в результате чего целенаправленно могут задаваться незначительные величины содержания серы в никелевом сплаве основного состава согласно изобретению.
Содержание алюминия составляет предпочтительно 1,2-1,5 мас.%. Предпочтительно, чтобы содержание кремния составляло 1,2-1,8 мас.%, содержание магния - 0,008-0,05 мас.%.
Осуществление изобретения
В таблице приведены пять исходных лабораторных образцов согласно изобретению в сравнении двумя известными из уровня техники, промышленными образцами сплавов.
Лабораторный образец 1132 представляет собой пример, в котором реакционноспособные элементы Y+Hf присутствуют в никелевом сплаве основного состава согласно изобретению.
Лабораторный образец 1140 служит примером, в котором реакционноспособные элементы Y+La содержатся в сплаве согласно изобретению.
Лабораторные образцы 1141 и 1142 представляют собой примеры, в которых в качестве реакционноспособных элементов в никелевом сплаве основного состава применяются Y+La+Hf.
| Элемент | LB 1132 | LB 1140 | LB 1141 | LB 1142 | NiCr2MnSi | NiAl1Si1Y |
| Ni | 96,83 | 96,91 | 96,89 | 96,79 | 96,24 | 97,56 |
| Si | 1,47 | 1,36 | 1,36 | 1,42 | 0,49 | 0,96 |
| Al | 1,38 | 1,43 | 1,44 | 1,40 | 0,02 | 0,98 |
| Zr | ||||||
| Y | 0,15 | 0,12 | 0,14 | 0,13 | 0,17 | |
| Hf | 0,08 | 0,078 | 0,073 | |||
| La | 0,09 | 0,096 | 0,096 | |||
| Ti | 0,1 | 0,01 | 0,01 | |||
| С | 0,002 | 0,006 | 0,004 | 0,003 | 0,003 | 0,03 |
| S | 0,002 | 0,002 | 0,002 | 0,002 | 0,002 | 0,002 |
| Co | 0,04 | 0,05 | ||||
| Cu | 0,01 | 0,01 | ||||
| Cr | 0,04 | 0,03 | 0,06 | 0,04 | 1,57 | 0,01 |
| Zr | 0,01 | |||||
| Mg | 0,02 | 0,03 | 0,06 | 0,03 | 0,02 | 0,04 |
| Mn | 0,06 | 0,03 | 0,03 | 0,06 | 1,48 | 0,02 |
| Fe | 0,03 | 0,03 | 0,03 | 0,04 | 0,08 | 0,13 |
| Pb | 0,001 | 0,001 |
На фигурах 1 и 2 показаны для приведенных в таблице сплавов результаты определения потери массы при температурах 900 и 1000°С.
Для обоих сравнительных сплавов было характерно уже при температуре 900°С отслоение образовавшегося ранее окисного слоя. Несмотря на то, что при 1000°С это и происходит со сплавами по изобретению, оно происходило не в таком размере, как в сплавах сравнения (контроля).
1. Никелевый сплав, содержащий, мас.%:
| Al | 1,2-<2,0 |
| Si | 1,2-<1,8 |
| С | 0,001-0,1 |
| S | 0,001-0,1 |
| Cr | 0,03-0,1 |
| Mn | 0,03-0,1 |
| Cu | максимум 0,1 |
| Fe | 0,02-0,2 |
| Mg | 0,005-0,06 |
| Pb | максимум 0,005 |
| Y | 0,05-0,15 и Hf 0,05-0,10 или |
| Y | 0,05-0,15 и La 0,05-0,10 или |
| Y | 0,05-0,15, Hf 0,05-0,10 и La 0,05-0,10 |
Ni и технологически обусловленные примеси - остальное.
2. Никелевый сплав по п.1, содержащий, мас.%:
| Al | 1,2-<2,0 |
| Si | 1,2-<1,8 |
| С | 0,001-0,05 |
| S | 0,001-0,05 |
| Cr | 0,03-0,1 |
| Mn | 0,03-0,1 |
| Cu | максимум 0,1 |
| Fe | 0,02-0,2 |
| Mg | 0,005-0,06 |
| Pb | максимум 0,005 |
| Y | 0,10-0,15 и Hf 0,05-0,10 |
Ni и технологически обусловленные примеси - остальное.
3. Никелевый сплав по п.1, содержащий, мас.%
| Al | 1,2-<2,0 |
| Si | 1,2-<1,8 |
| С | 0,001-0,05 |
| S | 0,001-0,05 |
| Cr | 0,03-0,1 |
| Mn | 0,03-0,1 |
| Cu | максимум 0,1 |
| Fe | 0,02-0,2 |
| Mg | 0,005-0,06 |
| Pb | максимум 0,005 |
| Y | 0,10-0,15 и La 0,05-0,10 |
Ni и технологически обусловленные примеси - остальное.
4. Никелевый сплав по п.1, содержащий, мас.%:
| Al | 1,2-<2,0 |
| Si | 1,2-<1,8 |
| С | 0,001-0,05 |
| S | 0,001-0,05 |
| Cr | 0,03-0,1 |
| Mn | 0,03-0,1 |
| Cu | максимум 0,1 |
| Fe. | 0,02-0,2 |
| Mg | 0,005-0,06% |
| Pb | максимум 0,005 |
| Y | 0,05-0,15, Hf 0,05-0,10 и La 0,05-1,10 |
5. Никелевый сплав по любому из пп.1-4, содержащий, мас.%
| Al | 1,2-1,5 |
| Si | 1,2-1,5 |
6. Никелевый сплав по п.1, содержащий, мас.%:
| Mg | 0,008-0,05 |
7. Никелевый сплав по п.1, содержащий, мас.%:
| Y+Hf | 0,11-0,18 |
8. Никелевый сплав по п.1, содержащий, мас.%:
| Y+La | 0,11-0,18 |
9. Никелевый сплав по п.1, содержащий, мас.%:
| Y+Hf+La | 0,18-0,22 |
10. Никелевый сплав по п.1, содержащий, мас.%:
| Y+Mg | 0,11-0,13 |
11. Применение никелевого сплава по любому из пп.1-10 в качестве электродного материала для элементов зажигания в двигателях внутреннего сгорания.
